Wai Li Ling, Peter Reiss, Giulia Veronesi, Lucia Mattera, Giada Onorato, Karl David Wegner, Claudia Tortiglione, Hiram Castillo-Michel, María Moros, Groupe modélisation et chimie théorique (MCT), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Istituto di Scienze Applicate e Sistemi Intelligenti ' E. Caianiello', Consiglio Nazionale delle Ricerche, Aragon Materials Science Institute and Ciber-BBN, Laboratoire d'Electronique Moléculaire Organique et Hybride (LEMOH), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Structures et propriétés d'architectures moléculaire (SPRAM - UMR 5819), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 ), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Synthèse, Structure et Propriétés de Matériaux Fonctionnels (STEP), Département Interfaces pour l'énergie, la Santé et l'Environnement (DIESE), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Agence Nationale de la Recherche (France), European Commission, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Brasil), Veronesi, Giulia, Reiss, Peter, Wegner, Karl David, Li Ling, Wai, Tortiglione, Claudia, Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), ANR-16-CE09-0015,NEUTRINOS,Suivi des interactions biologiques par détection optique ultrasensible à base de nanoparticules(2016), Veronesi, Giulia [0000-0001-9228-6082], Reiss, Peter [0000-0002-9563-238X], Wegner, Karl David [0000-0003-0517-1880], Li Ling, Wai [0000-0002-4264-5750], and Tortiglione, Claudia [0000-0003-1447-7611]
Many attempts have been made to synthesize cadmium-free quantum dots (QDs), using nontoxic materials, while preserving their unique optical properties. Despite impressive advances, gaps in knowledge of their intracellular fate, persistence, and excretion from the targeted cell or organism still exist, precluding clinical applications. In this study, we used a simple model organism (Hydra vulgaris) presenting a tissue grade of organization to determine the biodistribution of indium phosphide (InP)-based QDs by X-ray fluorescence imaging. By complementing elemental imaging with In L-edge X-ray absorption near edge structure, unique information on in situ chemical speciation was obtained. Unexpectedly, spectral profiles indicated the appearance of In-O species within the first hour post-treatment, suggesting a fast degradation of the InP QD core in vivo, induced mainly by carboxylate groups. Moreover, no significant difference in the behavior of bare core QDs and QDs capped with an inorganic Zn(Se,S) gradient shell was observed. The results paralleled those achieved by treating animals with an equivalent dose of indium salts, confirming the preferred bonding type of In3+ ions in Hydra tissues. In conclusion, by focusing on the chemical identity of indium along a 48 h long journey of QDs in Hydra, we describe a fast degradation process, in the absence of evident toxicity. These data pave the way to new paradigms to be considered in the biocompatibility assessment of QD-based biomedical applications, with greater emphasis on the dynamics of in vivo biotransformations, and suggest strategies to drive the design of future applied materials for nanotechnology-based diagnosis and therapeutics., K.D.W. and L.M. thank the Labex SERENADE (grant Saquado) and the French National Research Agency ANR (grant no. ANR-12-NANO-0007-03 NanoFRET) for funding. P.R. acknowledges financial support from Labex ARCANE (grant QDPhotocat), from CAPES/COFECUB (grant 858/15), and from ANR (grant number ANR-16-CE09-0015-03 Neutrinos). M.M. acknowledges financial support from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (Marie Skłodowska-Curie grant agreement no. 660228) and Spanish Juan de la Cierva subprogram.